科学指南针-原子力显微镜功能技术

在做原子力显微镜AFM测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对AFM测试原子力显微镜功能技术不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

相位式原子力显微镜

原子力显微镜在轻敲式AFM(tappingmode)操作下，量测及回馈因表面抵挡及黏滞力的作用，会引起振动探针的相位改变量，而抵挡及黏滞力的差异为不同材料性质引起，因此有机会用相位差(Phaselag)来观察表面定性材质分布状况。因相位改变量比起振幅改变量来得敏感，可较易观察平面分布。在操作控制探针与表面的交互作用力上，可使用LightTapping方式(较少力量)达到非破坏性分析，也可使用HardTapping方式(较大力量)达到穿透性，量测及回馈次表面特性，尤其对高分子聚合物及生物分子样品有非常好的性质观察。因为利用探针跳动扫描时表面的高度变化会影响振幅的大小，所以利用振幅变化可以得知表面的结构，但是当表面的成分不同时也会造成探针跳动频率变化，以及相位变化，例如当表面有些区域的性质特别软，造成探针再此区域扫描时跳动的频率变慢，且会产生一相位差，所以利用此一特性让扫描探针显微镜能观察到除了表面形貌之外的不同成份性质，如图1所示。

图1相位原子力显微镜分析表面不同成份影像变化 

扫描式磁场力显微镜

扫描式磁场力显微镜利用具磁性的探针(Si)镀上一层磁性Co-Cr合金，第一次扫描时TappingModeAFM的振幅用来量测表面高低，分辨率约20～50nm。在Lift第二次扫描时，振幅受现有磁场变化，依Lift提升高度而变更，可为雷射光侦测器得知，此差异讯号可用来判断表面磁场分布，最容易同时得到AFM及磁场分布影像，但是磁场大小却无法得知。TappingMode和LiftMode的操作应用，扫描前必须探针磁化，然后先以TappingMode取得高度变化的影像，然后再利用LiftMode量测存在表面上方的磁场分布，因为探针已经经过磁化所以在表面上方扫描时只会感应有磁场的区域，如图2。由于样品磁场大小有不一样的特性，不能使用具强磁性的探针去扫描软磁性的样品，否则样品磁场会被强磁性的探针所干扰，造成一堆杂乱讯号。

图2扫描式磁场力显微镜磁场分布影像

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